Zu den Vorteilen des feldunterstützten Sinterns, insbesondere durch Techniken wie das Spark-Plasma-Sintern (SPS), gehören eine schnelle Verdichtung, niedrigere Sintertemperaturen, eine bessere Kontrolle der Mikrostruktur und verbesserte mechanische Eigenschaften. Diese Vorteile werden durch die einzigartigen Mechanismen der Energiezufuhr und Wärmeerzeugung beim feldunterstützten Sintern erreicht.
Schnelle Verdichtung und reduzierte Sintertemperaturen
Feldunterstützte Sintertechniken wie SPS nutzen eine externe Energiequelle, in der Regel eine elektrische, um die atomare Diffusion zu beschleunigen und die schnelle Bildung von Einschnürungen zwischen den Partikeln zu fördern. Diese örtliche Erwärmung verkürzt die Sinterzeit erheblich und ermöglicht eine Verdichtung bei niedrigeren Temperaturen als bei herkömmlichen Sinterverfahren. So können mit SPS Keramiken innerhalb von Minuten verdichtet werden, während beim herkömmlichen Heißpressen oder drucklosen Sintern mehrere Stunden benötigt werden, um eine ähnliche Dichte zu erreichen. Diese Effizienz spart nicht nur Zeit, sondern verringert auch den Energieverbrauch und den thermisch bedingten Materialabbau.Bessere Kontrolle über die Mikrostruktur
Die präzise Steuerung der Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeiten beim feldunterstützten Sintern (bis zu 500 K/min bei SPS) ermöglicht eine bessere Kontrolle über das Mikrogefüge des Materials. Durch das schnelle Aufheizen und Abkühlen wird die Zeit bei hohen Temperaturen minimiert, wodurch das Kornwachstum reduziert und feinere Mikrostrukturen erhalten werden. Folglich weisen die gesinterten Werkstoffe verbesserte mechanische Eigenschaften auf, wie z. B. eine höhere Festigkeit, Härte und Verschleißfestigkeit. Diese Gefügekontrolle ist besonders vorteilhaft für Werkstoffe mit komplexer Zusammensetzung oder für Werkstoffe, die mit herkömmlichen Verfahren nur schwer zu sintern sind.
Verbesserte mechanische Eigenschaften
Der Sinterprozess bei feldgestützten Verfahren führt zu einer dichten und kohäsiven Struktur aufgrund der effektiven Bindung und Verdichtung der Partikel. Dies führt zu Bauteilen mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften. Die schnellen und kontrollierten Diffusionsmechanismen, die durch die externe Energiequelle begünstigt werden, tragen zur Entwicklung eines festen und dauerhaften Materials bei, das für Anwendungen in der Hochleistungskeramik, bei Funktionswerkstoffen und Verbundwerkstoffen entscheidend ist.
Vielseitigkeit bei Materialzusammensetzung und Formgebung
